具有高结构安全性的圆柱形二次电池及其制造方法技术

本发明专利技术涉及圆柱形二次电池及其制造方法。在使用电极组件制造的圆柱形二次电池中，当果冻卷型电极组件的水平横截面被划分为多个象限时，正极极耳和负极极耳布置在同一象限中，由此果冻卷型电极组件被控制为具有均匀的直径，从而防止由于充电和放电而导致的正极极耳的变形和二次电池内部的不均匀体积膨胀，以保持结构稳定性。持结构稳定性。持结构稳定性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有高结构安全性的圆柱形二次电池及其制造方法


[0001]本申请要求基于2021年11月2日提交的韩国专利申请号10
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2021
‑
0148568的优先权，该韩国专利申请的全部内容通过引用的方式并入本文。
[0002]本专利技术涉及具有高结构安全性的圆柱形二次电池及其制造方法。

技术介绍

[0003]随着化石燃料耗尽导致能源价格上涨，以及对环境污染的关注增加，对环境友好的替代性能源的需求正成为未来生活不可或缺的因素。特别是，随着技术发展和对移动设备的需求增加，对作为能源的二次电池的需求正在迅速增加。
[0004]通常，就电池的形状而言，对棱柱形二次电池和袋型二次电池的需求很高，这些电池因其厚度较小而能够应用于诸如移动电话等产品。就材料而言，对具有高能量密度、放电电压和输出稳定性的诸如锂离子电池和锂离子聚合物电池等锂二次电池有很高的需求。
[0005]通常，通过在集流体的表面上施用包含电极活性材料的电极混合物以形成正极和负极、在正极和负电之间插入隔膜以制造电极组件、将电极组件安装在圆柱形或方形金属罐或铝层压板的袋型外壳中，然后将液体电解质注入或浸渍到电极组件中或使用固体电解质来制造二次电池。
[0006]另外，可根据具有正极/隔膜/负极结构的电极组件的结构来对二次电池进行分类。其代表性实例可包括果冻卷型(卷绕型)电极组件(具有其中长片状正极和负极与插入其间的隔膜一起卷绕的结构)、堆叠型电极组件(具有其中切割成一定尺寸单位的多个正极和负极与插入其间的隔膜依次堆叠的结构)和堆叠/折叠型电极组件(具有其中在特定单元内正极和负极与插入其间的隔膜堆叠的双电池或全电池与隔膜片一起卷绕的结构)。
[0007]同时，电极通过离子交换产生电流，并且构成电极的正极和负极具有将电极活性材料施用至由金属制成的电极集流体的结构。通常，负极具有其中碳基活性材料施用至由铜、铝等制成的电极板上的结构，正极具有其中由LiCoO2、LiMnO2、LiNiO2等制成的活性材料施用至由铝等制成的电极板上的结构。
[0008]为了制造正极或负极，在由长金属片制成的集流体上沿一个方向施用包含电极活性材料的电极混合物。
[0009]隔膜布置在电池的正极和负极之间以使正极和负极绝缘，并保持电解质从而为离子传导提供通道。
[0010]这种二次电池是使用其中多次重复进行电流和材料之间的氧化还原过程的材料制造的可再充电电池。当通过电流对材料进行还原反应时，发生充电。此外，当对材料进行氧化反应时，发生放电。重复进行这种充电/放电以产生电。
[0011]同时，与棱柱形或袋型二次电池不同，当圆柱形二次电池重复充电和放电时，电池的正极极耳很可能变形，这可能会对电池的寿命产生负面影响。
[0012]如上所述，当电池持续充电和放电时，电池的内部结构由于正极极耳的变形而不平衡，并导致电极极耳的断开、不均匀的内部膨胀等，这可能导致电池的快速劣化或燃烧。
[0013]为了解决圆柱形二次电池中出现的这些问题，需要开发一种圆柱形二次电池，其中正极极耳和负极极耳的位置基于卷绕电极组件的水平横截面来设置，以保持二次电池的内部均匀性，同时防止二次电池由于充电/放电而变形，从而实现稳定性。

技术实现思路

[0014]技术问题
[0015]本专利技术的目的是提供一种圆柱形二次电池及其制造方法，在该圆柱形二次电池中指定了果冻卷型电极组件的正极极耳和负极极耳的位置，以防止由于充放电而导致正极极耳的变形，并实现了二次电池的均匀内部结构。
[0016]技术方案
[0017]本专利技术提供了一种圆柱形二次电池。在一个实例中，圆柱形二次电池包括果冻卷型电极组件、圆柱形壳体和连接至果冻卷型电极组件的正极极耳和负极极耳，其中，当垂直于果冻卷型电极组件的绕组芯的水平横截面被划分为多个象限时，圆柱形二次电池具有其中正极极耳和负极极耳布置在同一象限中的结构。
[0018]在具体实例中，本专利技术的圆柱形二次电池可具有这样的结构，其中在果冻卷型电极组件的水平横截面上，从绕组芯到正极极耳的第一径向线和从绕组芯到负极极耳的第二径向线布置在划分的象限中的同一象限中，并且布置为彼此不共线。
[0019]在另一个具体实例中，本专利技术的圆柱形二次电池可具有这样的结构，其中在果冻卷型电极组件的水平横截面上，从绕组芯到正极极耳的第一径向线和从绕组芯到负极极耳的第二径向线布置在划分的象限中的同一象限中，并且形成15
°
至80
°
的角。
[0020]在另一个实例中，当计算四个划分的象限各自的平均半径值并且将象限之间的半径平均值相互比较时，半径平均值之间的偏差为1％以下。
[0021]在这种情况下，其中布置有正极极耳和负极极耳的象限的平均半径值和与其中布置有正极极耳和负极极耳的象限相邻的象限的平均半径值之间的偏差为1％以下。
[0022]在另一个实例中，本专利技术的圆柱形二次电池还包括通过粘合或焊接与正极极耳或负极极耳电连接的电极引线。
[0023]另外，本专利技术提供了一种制造圆柱形二次电池的方法。在一个实例中，本专利技术的圆柱形二次电池的制造方法包括：制造果冻卷型电极组件，其中当垂直于绕组芯的水平横截面被划分为多个象限时，正极极耳和负极极耳布置在同一象限中；和将果冻卷型电极组件插入圆柱形电池壳中并将电解质溶液注入圆柱形电池壳中。
[0024]在另一个实例中，果冻卷型电极组件的制造可包括：将从绕组芯到正极极耳的第一径向线和从绕组芯到负极极耳的第二径向线布置在划分的象限中的同一象限中，并使其在果冻卷型电极组件的水平横截面上彼此不共线。
[0025]在具体实例中，布置第一径向线和第二径向线使其彼此不共线可包括根据以下等式1基于绕组数计算果冻卷型电极组件的预期周长，和从计算出的预期周长选择负极极耳的位置。
[0026][等式1][0027]a
n
＝a
n
‑
l
+2b
[0028]在等式1中，
[0029]a
n
可表示每个相应绕组数的果冻卷型电极组件的直径，
[0030]a
n
‑1可表示每个前一绕组数的果冻卷型电极组件的直径，
[0031]b可表示在相应绕组数处增加的重复层的厚度，
[0032]n可以是大于或等于1的整数，可表示果冻卷型电极组件的绕组数；和
[0033]当n是1时，a0可表示绕组芯的直径。
[0034]在另一个具体实例中，负极极耳位置的选择包括：在卷绕果冻卷型电极组件之前布置正极极耳，并将负极极耳布置成与正极极耳间隔开由以下等式2计算的距离。
[0035][等式2][0036][0037]在等式2中，
[0038]L
n
可表示当第一径向线和第二径向线布置为彼此共线时，在未卷绕的果冻卷型电极组件上的正极极耳和负极极耳之间的分隔距离，
[0039]a<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种圆柱形二次电池，其包括：果冻卷型电极组件；圆柱形壳体；和连接至所述果冻卷型电极组件的正极极耳和负极极耳，其中，当垂直于所述果冻卷型电极组件的绕组芯的水平横截面被划分为多个象限时，所述圆柱形二次电池具有其中所述正极极耳和负极极耳布置在同一象限中的结构。2.如权利要求1所述的圆柱形二次电池，其中，所述圆柱形二次电池具有这样的结构，其中在所述果冻卷型电极组件的水平横截面上，从所述绕组芯到所述正极极耳的第一径向线和从所述绕组芯到所述负极极耳的第二径向线布置在划分的象限中的同一象限中，并且布置为彼此不共线。3.如权利要求1所述的圆柱形二次电池，其中，所述圆柱形二次电池具有这样的结构，其中在所述果冻卷型电极组件的水平横截面上，从所述绕组芯到所述正极极耳的第一径向线和从所述绕组芯到所述负极极耳的第二径向线布置在划分的象限中的同一象限中，并且形成15
°
至80
°
的角。4.如权利要求1所述的圆柱形二次电池，其中，当计算四个划分的象限各自的平均半径值并且将象限之间的半径平均值相互比较时，所述半径平均值之间的偏差为1％以下。5.如权利要求4所述的圆柱形二次电池，其中，布置有所述正极极耳和负极极耳的象限的平均半径值和与布置有所述正极极耳和负极极耳的象限相邻的象限的平均半径值之间的偏差为1％以下。6.如权利要求1所述的圆柱形二次电池，其还包括通过粘合或焊接与所述正极极耳或负极极耳电连接的电极引线。7.一种制造圆柱形二次电池的方法，所述方法包括：制造果冻卷型电极组件，其中当垂直于绕组芯的水平横截面被划分为多个象限时，正极极耳和负极极耳布置在同一象限中；和将所述果冻卷型电极组件插入圆柱形电池壳中并将电解质溶液注入所述圆柱形电池壳中。8.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹东植，
申请(专利权)人：株式会社LG新能源，
类型：发明
国别省市：